CN109302102A - 一种变频器飞车启动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变频器飞车启动方法，属于电力电子领域。该方法包括参数初始化，恒频升压，转子频率搜索，飞车到VF控制过渡四个过程。参数初始化设置完成后启动变频器；判断实际电流有效值>限制电流时；转子频率搜索过程输出频率按照设定的搜索速率从1.2倍电机额定频率开始减小，调整输出调制度使实际电流不大于限制电流，综合转矩电流和输出电压相序判断输出频率到达转子频率，根据直流电压闭环调整输出频率，判断转子实际转动方向；飞车到VF控制过渡过程保持输出频率不变，在额定电流限制下升高输出电压到输出频率按VF曲线计算的电压值；输出电压和频率按照常规运行模式运行至目标转速。

Description

一种变频器飞车启动方法
技术领域
本发明属于电力电子领域，涉及一种变频器飞车启动方法。
背景技术
变频器具备电压，频率可调的特点，在运动控制系统中能够优化启动性能，提高运行效率，起到节电，节能的作用。随着变频器的广泛应用，越来越多的功能需要完善，在很多工业应用场合，电机启动前转子处于转动状态，因此，飞车启动便是比不可少的功能。
飞车启动，即在电机无供电状态下，电机转子处于转动状态，但转速随机不确定时，将变频器接入电机定子，拖动电机转子进入正常驱动的过程。当电机转差较大时，会产生很大的电流而电磁转矩却不大，如果电机定子磁场转速远高于转子转速时容易造成变频器过流故障，如果电机定子磁场转速低于电机转子转速时，电机处于制动状态，容易造成直流电容过压故障。因此，快速准确的搜索到转子转速是飞车启动成功的关键。
目前已具备多种实现飞车启动的方法，其实现原理和效果也都不同，有的要加装更多硬件检测和复杂的算法来实现，如先进行激磁处理，再利用线电压检测计算当前转子转速，又如采用了双DSP等大量复杂的运算来获得转子转速，这些方法需要更多的硬件设备，增加了设备成本；还有采用定子输入恒定电流的V/F曲线电压比较法，该方法搜索转速时始终保持定子为恒定电流，比较变频器输出电压与V/F曲线上电压相等时判定为输出频率就是转子频率，该方法物理概念不明确，极易出现输出频率低于实际转子频率而使电机处于发电状态的情况，且无法判断转子转动方向。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种变频器飞车启动方法，该方法利用软件控制方式实现，只进行过流时的限制调节，使变频器能够在不过载的前提下按照设定转速运行，通过调节器输出限幅避免频率的超调，使得该方法能应用于各种VF控制的变频器。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种变频器飞车启动方法，该方法包括以下步骤：
S00：参数初始化设置；
设定使能变频器飞车启动功能，设定限制电流Iset，设定搜索速率FlyTime；
启动变频器；
S01：恒频升压；
设定变频器输出频率为1.2倍电机额定频率Freq1；
按预设斜坡速率从0增大输出电压Uout；
判断实际电流有效值Iact>限制电流Iset时，记录输出电压为Uout1；
S02：转子频率搜索，其中包括频率搜索和转速方向判断两个步骤；
输出频率Freq按照设定的搜索速率FlyTime从Freq1开始减小，调整输出电压使其不大于限制电流Iset；
综合转矩电流It和输出电压相序判断输出频率Freq2到达转子频率附近；
根据直流电压闭环调整输出频率为Freq3；
根据输出频率最小限制判断转子实际转动方向与搜索方向是否一致，进一步判断转子实际转动方向；
S03：频率搜索完成后飞车至VF控制过渡；
保持输出频率Freq3不变，在额定电流限制下升高输出电压到输出频率按VF曲线计算的电压值Uout3；
输出频率按照常规运行模式运行至目标转速。
进一步，所示飞车启动功能为可选择的，用户根据实际情况选择是否飞车启动，设定限制电流Iset通常选择电机额定电流的40％～100％，设定搜索速率FlyTime是指输出频率从0斜坡变化至额定频率所用时间，单位为s，设置为5～360。
进一步，在所述方法中，当输出频率为Freq1时，输出电压越大，则输出电流越大，从0按预设斜坡速率增大输出电压Uout，从而得到达到设定电流限制时的Uout1。
进一步，当所述输出频率按照设定搜索速率从Freq1减小的过程中，调整输出电压的方法为：当输出频率大于0.5倍额定频率时，输出电压从Uout1跟随Freq同比例减小，当输出频率小于0.5倍额定频率时，输出电压保持，同时判断实际电流>0.8*Iset时，调小输出电压保持值。
进一步，在所述方法中，判断输出频率Freq2到达转子频率附近的方法为：输出电压为正序，即正转时，判断转矩电流It小于0时搜索到转子频率，输出电压为负序，即反转时，判断转矩电流It大于0时搜索到转子频率。
进一步，在所述方法中，测量变频器输出电流Iinva，Iinvb，转矩电流按发出的定子电压角度并做延时补偿后的theta_U做旋转变换得到，转矩电流It的计算公式为：
It＝is_alpha*cos(theta_U)+is_belta*sin(theta_U)
进一步，在所述方法中，根据直流电压闭环调整输出频率的方法为：将实际单元平均电压与设定过压阈值比较得到两者差值，对差值进行PID调节，Freq2-调节器的输出得到输出频率Freq3，以此来避免输出频率低于实际转子频率造成的单元过压。
进一步，在所述方法中，保持输出频率Freq3不变，升高电压时，以斜坡形式快速升压，同时在实际电流＞电机额定电流时暂时保持电压不变。
进一步，在所述方法中，当从一个方向搜索到输出频率<2Hz时还未能判断已搜索到转子频率，则启动另一方向的搜索；当两个方向搜索到输出频率<2Hz时都未能判断已搜索到转子频率，则变频器从零速开始启动；若搜索到的转速方向与目标转速方向不一致，则将电机先降速为0，再向目标转速加速运行。
本发明的有益效果在于：本发明能有效避免传统方法搜索转子频率过程中容易过压的缺点；能够明确区分转子频率的转向；能够快速精确的搜索到转子频率并完成变频器拖动电机的启动过程。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明所述的飞车启动详细流程图；
图2为本发明所述的飞车启动流程简述图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图1、图2所示，本发明方法包括以下步骤：
S00：初始化阶段
设定使能变频器飞车启动功能，设定限制电流Iset，设定搜索速率FlyTime；
启动变频器；
S01：恒频升压阶段，包括以下步骤：
设定变频器输出频率为1.2倍电机额定频率Freq1；
按预设斜坡速率从0增大输出电压Uout；
判断实际电流有效值Iact>限制电流Iset时，记录输出电压为Uout1；
S02.1：转子频率搜索阶段，包括以下步骤：
输出频率Freq按照设定的搜索速率FlyTime从Freq1开始减小；
当输出频率大于0.5倍额定频率时，输出电压从Uout1跟随Freq同比例减小，当输出频率小于0.5倍额定频率时，输出电压保持，同时判断实际电流>0.8*Iset时，调小输出电压保持值。
按下面方法计算转矩电流：测量变频器输出电流Iinva，Iinvb，发出的定子电压角度theta为A相向量角，做延时补偿后的角度为theta_U。
theta_U＝theta-π/2-Freq*π/3
其中：Freq为输出频率
π/3为300Hz开关频率计算的延时补偿系数
π/2为相量角转换矢量角的补偿
It＝is_alpha*cos(theta_U)+is_belta*sin(theta_U)
其中
输出电压为正序，即正转时，判断转矩电流It小于0时搜索到转子频率，输出电压为负序，即反转时，判断转矩电流It大于0时搜索到转子频率。
将实际单元平均电压与设定过压阈值比较得到两者差值，对差值进行PID调节，Freq2-调节器的输出得到输出频率Freq3。
S02.2：转子转动方向判断阶段，包括以下判断：
当从一个方向搜索到输出频率<2Hz时还未能判断已搜索到转子频率，则启动另一方向的搜索；当两个方向搜索到输出频率<2Hz时都未能判断已搜索到转子频率，则变频器从零速开始启动。
S03：从飞车到VF控制的过度阶段
保持输出频率Freq3不变，按VF曲线计算目标电压为Uout3，以斜坡形式快速升压，同时在实际电流＞电机额定电流时暂时保持电压不变；
输出电压升至Uout3时，输出频率按照常规运行模式运行至目标转速，若搜索到的转速方向与目标转速方向不一致，则将电机先降速为0，再向目标转速加速运行。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种变频器飞车启动方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S00：参数初始化设置；
设定使能变频器飞车启动功能，设定限制电流Iset，设定搜索速率FlyTime；
启动变频器；
S01：恒频升压；
设定变频器输出频率为1.2倍电机额定频率Freq1；
按预设斜坡速率从0增大输出电压Uout；
判断实际电流有效值Iact>限制电流Iset时，记录输出电压为Uout1；
S02：转子频率搜索，其中包括频率搜索和转速方向判断两个步骤；
输出频率Freq按照设定的搜索速率FlyTime从Freq1开始减小，调整输出电压使其不大于限制电流Iset；
综合转矩电流It和输出电压相序判断输出频率Freq2到达转子频率附近；
根据直流电压闭环调整输出频率为Freq3；
根据输出频率最小限制判断转子实际转动方向与搜索方向是否一致，进一步判断转子实际转动方向；
S03：频率搜索完成后飞车至VF(Volt Frequency,电压频率变换)控制过渡；
保持输出频率Freq3不变，在额定电流限制下升高输出电压到输出频率按VF曲线计算的电压值Uout3；
输出频率按照常规运行模式运行至目标转速。
2.根据权利要求1所述的一种变频器飞车启动方法，其特征在于：所示飞车启动功能为可选择的，用户根据实际情况选择是否飞车启动，设定限制电流Iset通常选择电机额定电流的40％～100％，设定搜索速率FlyTime是指输出频率从0斜坡变化至额定频率所用时间，单位为s，设置为5～360。
3.根据权利要求1所述的一种变频器飞车启动方法，其特征在于：在所述方法中，当输出频率为Freq1时，输出电压越大，则输出电流越大，从0按预设斜坡速率增大输出电压Uout，从而得到达到设定电流限制时的Uout1。
4.根据权利要求1所述的一种变频器飞车启动方法，其特征在于：当所述输出频率按照设定搜索速率从Freq1减小的过程中，调整输出电压的方法为：当输出频率大于0.5倍额定频率时，输出电压从Uout1跟随Freq同比例减小，当输出频率小于0.5倍额定频率时，输出电压保持，同时判断实际电流>0.8*Iset时，调小输出电压保持值。
5.根据权利要求1所述的一种变频器飞车启动方法，其特征在于：在所述方法中，判断输出频率Freq2到达转子频率附近的方法为：输出电压为正序，即正转时，判断转矩电流It小于0时搜索到转子频率，输出电压为负序，即反转时，判断转矩电流It大于0时搜索到转子频率。
6.根据权利要求5所述的搜索转子频率判断方法，其特征在于：在所述方法中，测量变频器输出电流Iinva，Iinvb，转矩电流按发出的定子电压角度并做延时补偿后的theta_U做旋转变换得到，转矩电流It的计算公式为：
It＝is_alpha*cos(theta_U)+is_belta*sin(theta_U)
7.根据权利要求1所述的一种变频器飞车启动方法，其特征在于：在所述方法中，根据直流电压闭环调整输出频率的方法为：将实际单元平均电压与设定过压阈值比较得到两者差值，对差值进行PID调节，Freq2-调节器的输出得到输出频率Freq3，以此来避免输出频率低于实际转子频率造成的单元过压。
8.根据权利要求1所述的一种变频器飞车启动方法，其特征在于：在所述方法中，保持输出频率Freq3不变，升高电压时，以斜坡形式快速升压，同时在实际电流＞电机额定电流时暂时保持电压不变。
9.根据权利要求1所述的一种变频器飞车启动方法，其特征在于：在所述方法中，当从一个方向搜索到输出频率<2Hz时还未能判断已搜索到转子频率，则启动另一方向的搜索；当两个方向搜索到输出频率<2Hz时都未能判断已搜索到转子频率，则变频器从零速开始启动；若搜索到的转速方向与目标转速方向不一致，则将电机先降速为0，再向目标转速加速运行。
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